摘要：管片上浮是盾构施工存在的普遍问题，由于硬岩稳定性较好，管片壁后空间的存在为管片上浮提供了外部条件，本文以工程实例现场问题出发，分析了管片上浮机理，得出内部原因为同步浆液的凝固时间和注浆量，并提出了相应的控制对策和针对性措施。
关键词：中风化砂岩、管片上浮、浆液、凝固时间
1、引言
盾构施工具诸多优点，采用预制管片进行支护，保证了隧道的稳定性和安全性。但关于管片错台、破损及渗漏水问题控制较难，很多学者采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法，结合现场施工情况进行了原因分析及技术控制研究。
盾构掘进过程中对土体的扰动表现在刀盘和盾尾处。脱出盾构管片出现上浮或下沉过大时，易超过隧道界限，直接影响隧道调线调坡的情况。外国学者K.Thomas利用数值模拟的方法，得到随着注浆压力增大上浮量增大。目前对于硬岩透水性差地层的管片上浮原因研究较少。
本文以实际工程问题进行研究分析，找到原因并制定相应措施，应用检查其效果，为后续提供参考。
2、工程概况
该依托成都轨道交通11号线1期工程土建1标工程包含3站4区间，4区间全部采用盾构法施工。观~新区间盾构穿越地层主要为卵石、中风化泥岩、中风化砂岩，局部穿越细沙、中砂及强风化砂岩等，地质剖面如图1所示。
图1 观新区间右线地质图
围岩等级为V级，渗透系数平均为0.4m/d，为弱透水性。施工过程出现连续管片破碎或错台，通过数据原因分析，管片上浮是造成质量问题的主要原因之一。对150~159环出现错台及破损位置进行姿态统计分析，上浮量最大达到75mm，垂直姿态已超过地铁集团给定的±50mm范围，停止掘进后，并于1月5日对上浮管片再测量，如图2。
图2上浮量监测图
结果显示，刚脱出盾尾的管片上浮量有持续增大的趋势，选定其中2环管片72小时连续的监测。结果如图3所示，24h内上浮量较大，后续24~36h上浮量增大幅度下降，直到48h之后，管片上浮量基本平稳。
图3 管片上浮量随时间变化监测图
3、原因分析
上浮的条件应具备两个基本条件：上浮空间和上浮的作用力。由于隧道开挖直径为6.28m，管片外径为6.0m，壁后存在140mm的上浮空间；隧道开挖后存在地下水和同步浆液，管片受到环境中的作用力，同时还受到推进力、盾构姿态等影响。
3.1 外部原因
盾构法施工产生的壁后空间，因围岩稳定性好，收敛小，为管片提供下沉或上浮条件。
3.2 内部原因
（1）浆液凝固时间长
管片处于未凝固砂浆中时，受到浮力作用，静态受力如图4。
图4 管片静力分析图
以工程实例为依据取值，得到：
理论分析受到向上作用力，随着浆液逐渐凝固，最终约束管片上浮量。
（2）注浆量不足
依托工程设计，壁后理论空隙量为4.05m³，依据规范，理论注浆量宜控制在1.5倍空隙量即6.0m³。实际每环砂浆罐存浆量为6.0m³，考虑各种损失，实际为5.0~5.5 m³/环，注浆量的不足以填充壁后空间。
4、上浮控制措施与方法
4.1 控制盾构机姿态
盾构机掘进姿态，是直接影响壁后建筑空间大小的关键。为保证盾构沿着隧道中心线掘进，尽可能以每环纠偏量不超过5mm进行掘进。
4.2缩短浆液凝固时间
目前国内的同步浆液主要分为三类：单液惰性浆液、单液硬性浆液、双液瞬凝性浆液，双液浆液初凝时间极短、易堵管，多数采用单液硬性浆液。现场浆液初凝时间为6小时，实际平均每环用时约3小时，通过试验改善配合比缩短凝固时间到3小时。
4.3 控制注浆量
本区间地层注浆量宜为6.0~7.0m³。每次砂浆罐携带6.5m³，确保注浆量达到6.0m³以上，并从管片顶部开孔观察填充情况。
通过多种方式优化，对后续50环管片进行动态监测（如图5）上浮量从前期的最大75mm减小到最大仅38mm，并随时间稳定。
图5 160~209环管片上浮量监测图
5、结论
通过该实际工程的监测以及数据统计分析，发现了的上浮原因进行制定相应控制措施，总结如下：
（1）盾构法施工，同步浆液的性能和填充密实性是壁后建筑空间是否有效填充的关键。
（2）浆液时间与施工进度应有效匹配，并确保注浆量，可适当下压盾构姿态等综合方式，控制上浮量。
（3）盾构机姿态的调整纠偏量控制在5mm/环为宜。坚持“勤纠偏，小纠偏”的原则，同时纠偏时推进油缸压差不宜过大120bar，防止不均匀受力导致管片上浮。
参考文献：
【1】吴燕升．软弱围岩隧道斜井进正洞双曲线拱式支护结构施工技术［J］．铁道建筑技术，2016（3）：39．
【2】K.Thomas.On the influence of face pressure，grouting pressure and TBM design in soft ground tunnelling[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2006，21（1）：160.
【3】郭李刚.全断面泥岩地层盾构施工管片上浮控制研究[J].铁道建筑技术，2017（07）：75-77+105.
论文作者:张利平,高展,王金涛,向文龙,张大伟,宋江文,瞿
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
标签：管片论文; 盾构论文; 浆液论文; 隧道论文; 地层论文; 注浆论文; 原因论文; 《基层建设》2019年第24期论文;